CN106895739A - 基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮 - Google Patents

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龙仁荣
郑克勤
薛江
薛一江
施尚春
陈利
张晓伟
郭香华
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Abstract

本发明属于超高速碰撞加载试验技术领域，特别涉及一种三级轻气炮。基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮，其技术方案是：一级泵管的内径与二级泵管内径的比值在2～4，二级泵管的内径与发射管内径的比值在3～5；一级泵管的长径比为3～5，二级泵管的长径比为4～7，发射管的长径比为1～2；一级高压锥段的锥角为5°～25°，二级高压锥段的锥角为5°～25°；燃烧室内充入氢气、氧气与氮气的混合气体，一级泵管、二级泵管内分别充入氢气，发射管抽真空处理。本发明采用氢氧混合气体作为驱动源，加载能力更强、低污染、稳定发射1g质量弹丸速度超过10km/s。

Description

基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮
技术领域
本发明属于超高速碰撞加载试验技术领域，特别涉及一种三级轻气炮。
背景技术
轻气炮能够驱动不同材料、不同形状的弹丸或飞片，进行各种高速超高速碰撞的实验，在动能武器毁伤效应研究、地球空间物理研究、航天器防护研究以及高应变率下的材料性能研究等领域有着广泛应用，是目前国内外最为通用的高速、超高速加载手段。三级轻气炮采用三级驱动方式。
国外三级轻气炮通常采用火药驱动。火药的使用，会造成实验室环境污染，并且对实验室提出了火工品的安全保障要求，同时也增加了清洁炮管的难度和工作量，既提高了实验成本，也影响实验效率。现有的高压氮气驱动三级炮相比火药低污染，但是要达到8km/s的发射速度已经接近极限，这要求氮气气压在18MPa以上，对三级炮一级靶室的制作工艺有很严苛的要求，也没有加载到更高速度的潜力。高压氮气驱动的三级炮能够加载的弹丸质量也小于1g。
发明内容
本发明的目的是：一种比高压氮气加载能力更强、低污染、稳定发射1g弹丸速度超过10km/s的三级轻气炮。
本发明的技术方案是：基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮，它包括：尾部设有点火装置的燃烧室，与燃烧室连接的一级泵管，设置在燃烧室，与一级泵管连接处的一级膜片；连接一级泵管与二级泵管的第一高压锥段，设置在第一高压锥段与二级泵管连接处的二级膜片；连接二级泵管与发射管的第二高压锥段；设置在第二高压锥段与发射管连接处的三级膜片；
一级活塞设置在一级泵管内，二级活塞设置在二级泵管内，发射管内设弹丸，且发射管与靶室连接；
一级泵管的内径与二级泵管内径的比值在2～4，二级泵管的内径与发射管内径的比值在3～5；
一级泵管的长径比为3～5，二级泵管的长径比为4～7，发射管的长径比为1～2；
第一高压锥段的锥角为5°～25°；第二高压锥段的锥角为5°～25°；
燃烧室内高压的氢气、氧气与氮气的混合气体，一级泵管、二级泵管内分别充入氢气，发射管抽真空处理。
本发明的具体过程：氢气、氧气混合气体储存在燃烧室内，发射时通过点火装置点火，使得氢氧爆轰产生高温高压气体，高温高压气体使得燃烧室与一级泵管之间的一级膜片破裂，驱动一级活塞运动；一级活塞压缩一级泵管内气体使其到达高压状态，第一高压锥段与二级泵管之间的二级膜片在一定压力下破裂，一级泵管内气体继续驱动二级活塞，二级活塞压缩二级泵管内气体使其到达高压状态，第二高压锥段与发射管之间的三级膜片在一定压力下破裂，二级泵管内气体驱动弹丸在发射管内加速运动，在出发射管时加速到目标速度。
有益效果：1、本发明采用氢氧混合气体作为驱动源，相比于火药的驱动源，明显减少了实验产生的不环保因素，降低了存储火药带来的不安全不稳定风险，提高了轻气炮的实验效率，有利于轻气炮技术的推广和使用。
2、本发明相比于高压氮气的驱动源，能够稳定驱动质量小于或者等于1g的弹丸；在目标速度相同时，上述燃烧室比高压氮气驱动三级炮的一级气室所需要的气压低的多，大大降低了制造轻气炮的制造工艺难度；在相同的制造工艺耐压强度下，氢氧混合爆轰驱动的三级炮能够加载相同的弹丸到达更高的速度范围。
3、本发明采用三级驱动方式，可提高气炮的能量利用效率，使三级炮的稳定发射速度超过10km/s。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中第二高压锥段的结构示意图；
图3为用于计算本发明弹丸速度的磁测速装置测量的实验波形图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见附图1，基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮，它包括：尾部设有点火装置1的燃烧室2，与燃烧室2连接的一级泵管4，设置在燃烧室2与一级泵管4连接处的一级膜片；连接一级泵管4与二级泵管7的第一高压锥段5，设置在第一高压锥段5与二级泵管7连接处的二级膜片；连接二级泵管7与发射管10的第二高压锥段8；设置在第二高压锥段8与发射管10连接处的三级膜片；
一级活塞3设置在一级泵管4内一级膜片所在端，二级活塞6设置在二级泵管7内二级膜片所在端，发射管10内三级膜片所在端设置弹丸9，且发射管10与靶室连接，靶室内设有靶板；
一级泵管4的内径与二级泵管7内径的比值在2～4，二级泵管7的内径与发射管10内径的比值在3～5；
一级泵管4的长径比为3～5，二级泵管7的长径比为4～7，发射管10的长径比为1～2；
高压锥段1与高压锥段2锥角的数值在5°～25°。
参见附图2，此为第二高压锥段的简单示意图：第二高压锥端8是一个圆台结构，连接二级泵管7和发射管10，锥角的数值在5°～25°，二级膜片放置在第二高压锥段8和发射管10的连接处。第二高压锥段起一个密封与过渡作用。
燃烧室2内充入压力高压氢气、氧气与氮气的混合气体，一级泵管4、二级泵管7内分别充入氢气，发射管10抽真空处理。
下表为发射实验数据，实验采用球形弹丸，弹丸直径为5mm，材料为铝。结合附图3，可知，试验3中的弹丸发射速度到达18.55km/s。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮，它包括：尾部设有点火装置(1)的燃烧室(2)，与所述燃烧室(2)连接的一级泵管(4)，设置在所述燃烧室(2)，与所述一级泵管(4)连接处的一级膜片；连接所述一级泵管(4)与二级泵管(7)的第一高压锥段(5)，设置在所述第一高压锥段(5)与所述二级泵管(7)连接处的二级膜片；连接所述二级泵管(7)与发射管(10)的第二高压锥段(8)；设置在所述第二高压锥段(8)与所述发射管(10)连接处的三级膜片；
一级活塞(3)设置在所述一级泵管(4)内，二级活塞(6)设置在所述二级泵管(7)内，所述发射管(10)内设弹丸(9)，且所述发射管(10)与靶室连接；
其特征在于：
所述一级泵管(4)的内径与所述二级泵管(7)内径的比值在2～4，所述二级泵管(7)的内径与所述发射管(10)内径的比值在3～5；
所述一级泵管(4)的长径比为3～5，所述二级泵管(7)的长径比为4～7，所述发射管(10)的长径比为1～2；
所述第一高压锥段(5)的锥角为5°～25°；所述第二高压锥段(8)的锥角为5°～25°；
所述燃烧室(2)内充入氢气、氧气与氮气的混合气体，所述一级泵管(4)、所述二级泵管(7)内分别充入氢气，所述发射管(10)抽真空处理。
2.如权利要求1所述的基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮，其特征在于：所述点火装置(1)为钨丝。
3.如权利要求1或2所述的基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮，其特征在于：所述弹丸(9)为所有小于等于1g量级的弹丸。
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